[发明专利]一种新型旋转导向钻进设备及旋转导向方法

说明书

本发明提供了一种新型旋转导向钻进设备及旋转导向方法，涉及地质钻探设备技术领域，解决了旋转导向工具方式单一、无法满足目前导向钻井需求的技术问题。该新型旋转导向钻进设备，包括圆筒外壳、压力控制系统和导向控制系统，导向控制系统设置在圆筒外壳一端，且与穿设在圆筒外壳内的第一连杆传动连接，以控制第一连杆的运动实现钻头的导向；压力控制系统设置在导向控制系统一端，以控制流过压力控制系统、导向控制系统和圆筒外壳的钻井液压力；第一连杆另一端通过转动组件与圆筒外壳转动连接，且第一连杆末端穿出圆筒外壳后与钻头盒连接。本发明将推靠式与指向式导向技术相结合有效增加造斜角度达到对造斜效率的提升。

技术领域

本发明涉及地质钻探设备技术领域，尤其是涉及一种新型旋转导向钻进设备及旋转导向方法。

背景技术

随着人类对能源的需求不断增加，开采生产井逐渐从直井向斜井、水平井、定向井发展。目前，常用的旋转导向工具有推靠式RSS旋转导向工具和指向式RSS旋转导向工具。

推靠式RSS工作原理是利用钻柱内外压差驱动活塞推靠井壁从而在钻头处产生侧向力，推靠井壁力的方向根据井眼轨迹控制部分实时调整，通过调节活塞拍打井壁的次数就相当于实现调节力的大小。推靠式旋转导向造斜率范围广，当钻压较小，地层较软时造斜率较高，但推靠式RSS主要依靠钻头的侧向切削能力，对钻头要求较大，在面对较硬或者较滑的地层情况时导向钻进的效率较低。

指向式RSS通过偏心结构使钻头产生倾角，引导钻压按钻头指向钻进从而实现导向钻进的目标，造斜率稳定，可以较为准确地预测井眼轨迹，井壁光滑井身质量高，降低了钻柱和井壁的摩阻扭矩，需要较大的钻头转角和长保径侧切能力弱的钻头才能有效导向，且偏心机构大多结构复杂需要产生的偏心力较大，在井下易损坏导致寿命低。

无论推靠式还是指向式都有各自的优点与不足，单一方式的结构都无法很好的满足目前导向钻井需求，因此结合两种结构可有效的避免单一结构的缺点，混合式结构成为现行的趋势，国内在这方面的研发起步较晚，还未能研发出能够成功商业化应用的高造斜旋转导向钻井工具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型旋转导向钻进设备及旋转导向方法，以解决现有技术中存在的旋转导向工具方式单一、无法满足目前导向钻井需求的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种新型旋转导向钻进设备，包括圆筒外壳、压力控制系统和导向控制系统，所述导向控制系统设置在所述圆筒外壳一端，且与穿设在所述圆筒外壳内的第一连杆传动连接，以控制所述第一连杆的运动实现钻头的导向；所述压力控制系统设置在所述导向控制系统一端，以控制流过所述压力控制系统、所述导向控制系统和所述圆筒外壳的钻井液压力；所述第一连杆另一端通过转动组件与所述圆筒外壳转动连接，且所述第一连杆末端穿出所述圆筒外壳后与钻头盒连接。

作为本发明的进一步改进，所述导向控制系统包括与所述圆筒外壳连接的导向外壳，所述导向外壳内穿设有通过万向节连接的实心杆和伸缩杆，所述伸缩杆与所述第一连杆之间通过万向节连接，所述实心杆与所述压力控制系统之间通过万向节连接；所述导向外壳上还设置有与所述伸缩杆连接的导向驱动组件，通过所述导向驱动组件能控制所述伸缩杆沿所述导向外壳任一径向往复运动；当所述伸缩杆进行径向移动时，能带动所述第一连杆以与所述圆筒外壳转动连接点为轴进行转动。

作为本发明的进一步改进，所述导向驱动组件包括沿所述导向外壳圆周方向设置的三个凹槽、设置在所述凹槽内的数控设备和液压缸控制单元、盖设在所述凹槽顶部的封盖、开设在所述导向外壳上且对应于三个所述凹槽位置的贯穿开口、活动穿设在所述开口上的移动块、套设在所述伸缩杆外侧且与所述移动块可接触连接的第一轴承；所述移动块上设置有凹腔，所述凹腔的一侧面为楔形面，所述液压缸控制单元的液压杆穿出所述凹槽后延伸到所述凹腔内且与所述楔形面可接触连接，当所述液压杆伸缩时，所述移动块能沿所述导向外壳径向往复移动。

作为本发明的进一步改进，所述液压杆末端设置有滚轮。